空气污染扩散术语/可引用版本

（PD）照片：左侧。海军陆战队司令马克·莫兰。
新奥尔良西部Motiva炼油厂的火炬。

空气污染扩散术语描述了对从事以下领域工作的人员具有特殊意义的单词和技术术语空气污染扩散模型.

许多国家的政府环境保护机构（地方、州、省和国家）也在其有关空气污染控制的法律法规中采用和使用了许多术语。

应该指出空气污染扩散术语在空气污染扩散建模以外的活动领域中使用时，通常具有其他特殊含义。

空气污染排放羽流

有三种主要类型的空气污染排放羽流：

（GNU）图片：Milton Beychok
浮力高斯大气污染物扩散羽流的可视化

• 浮力羽状物-羽流比空气轻，因为它们处于较高的高度温度和更低密度比周围的环境空气温度低，或者因为它们的温度与环境空气的温度大致相同，但比周围的空气温度低分子量因此密度低于环境空气。例如烟气烟囱的工业炉具有浮力，因为它们比周围空气温度高，密度低。另一个例子是甲烷 气体在环境空气温度下，甲烷具有浮力，因为甲烷的分子量低于环境空气。

• 稠密气体羽流-比空气重的羽状物，因为它们的密度高于周围的环境空气。羽状物的密度可能比空气高，因为它的分子量比空气大（例如，羽状物二氧化碳). 如果羽流的温度远低于空气，则羽流的密度也可能高于空气。例如，从意外释放属于液化天然气（LNG）的温度可能低至-161°C。

• 被动或中性羽流-既不比空气轻也不比空气重的羽状物。

空气污染扩散模型

有五种类型的空气污染扩散模型，以及这五种类型中的一些混合模型：

• 盒子模型-盒子模型是最简单的模型类型。它假定空气层（即给定体积大气的地理区域中的空气）呈长方体形状。它还假设箱内的空气污染物均匀分布，并使用该假设估算平均污染物浓度空气舱内的任何地方。尽管该模型很有用，但由于污染物均匀分布的假设过于简单，因此其准确预测空气层上空气污染物扩散的能力非常有限。

• 高斯模型-高斯模型可能是最古老的（大约1936年）也许是最常用的模型类型。它假设空气污染物扩散具有高斯分布，即污染物分布具有正态概率分布。高斯模型最常用于预测来自地面或高架源的连续浮力空气污染羽流的扩散。高斯模型也可用于预测非连续空气污染羽流（称为烟团模型). 高斯建模中使用的主要算法是连续点源羽流的广义色散方程.

• 拉格朗日模型-拉格朗日扩散模型在数学上跟踪污染羽流包裹（也称为粒子）在气氛他们将包裹的运动建模为随机游走过程。然后，拉格朗日模型通过计算大量污染羽流包裹的轨迹统计来计算空气污染扩散。拉格朗日模型使用参考系当包裹从初始位置移动时。据说，一个拉格朗日模型的观测者跟随着羽流。

• 欧拉模式-欧拉弥散模型与拉格朗日模型相似，因为它还跟踪大量污染羽流包裹从初始位置移动时的运动。这两个模型之间最重要的区别是，欧拉模型使用固定的三维笛卡尔网格作为参照系而不是移动参照系。据说，一个欧拉模型的观测者看着烟羽经过。

• 稠密气体模型-稠密气体模型是模拟稠密气体污染羽流（即比空气重的污染羽流）扩散的模型。三种最常用的稠密气体模型是：
  • 由阿肯色大学杰里·哈文斯博士和汤姆·斯派塞博士在阿肯色州政府的委托下开发的DEGADIS模型美利坚合众国海岸警卫队和美国环境保护署（美国环保局）。
  • SLAB模型由美国能源部、美国空军和美国石油学会资助的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室开发。
  • 壳牌石油公司研究部门开发的HEGADAS模型。

目前AERMOD空气污染扩散模型是首选的监管模式美国环境保护署.

大气污染物排放源

（PD）照片：国家公园管理局
在安装烟气脱硫之前常规燃煤电厂在里面新墨西哥州包含过量的二氧化硫

大气污染物排放源的类型通常分为点源、线源、面源或体积源：

• 点源-点源是一种单一的、可识别的空气污染物排放源（例如，燃烧炉烟气烟囱的排放）。点源也具有高架或地面的特点。点源没有几何的尺寸。

• 线路源-线源是空气污染物排放的一维源（例如，道路上车辆交通的排放）。

• 区域源-面源是扩散空气污染物排放的二维源（例如，森林火灾、垃圾填埋场的排放物或不稳定的液体）。

• 卷源-体积源是扩散空气污染物排放的三维源。本质上，它是一个具有第三（高度）维度的面源（例如，来自管道工业设施内不同高度的法兰、阀门和其他设备，如石油精炼工艺和石油化工植物）。另一个例子是一家汽车喷漆店的排放物，该店有多个车顶通风口或多个打开的窗户。

其他空气污染物排放源特征包括：

• 来源可以描述为固定的或可移动的烟气烟囱是固定源的例子，汽车是移动源的例子。

• 来源可以描述为城市的或农村的因为城市地区构成了所谓的热岛并且从城市地区上升的热量导致城市地区上方的大气比农村地区上方的大气更动荡。

• 震源的特征可以是其相对于地面的高程表面或地面,近地表或升高的来源。

• 源还可以通过其持续时间来表征：
  • 泡芙或间歇的：短期排放源（例如，许多意外排放是短期排放）
  • 连续的：长期排放源（例如，大多数烟气烟囱排放是连续的）

大气湍流特征

环境大气中的湍流量对空气污染羽流的扩散有着重要影响，因为湍流增加了夹带并将未受污染的空气混合到羽流中，从而降低羽流中污染物的浓度（即增强羽流扩散）。因此，对任何给定时间出现的大气湍流量进行分类是很重要的。

Pasquill大气稳定性等级

帕斯奎尔于1961年开发的方法是最古老的，也是多年来最常用的大气湍流量分类方法。他把大气湍流分为六类稳定性等级命名为A、B、C、D、E和F，其中A类为最不稳定或最紊流类，F类为最稳定或最不紊流类。表1列出了六个类别，表2提供了定义每个类别的气象条件。

对于空气扩散建模练习，双重稳定性等级（如A–B、B–C和C–D）的条件可分别视为B、C和D。

表1:Pasquill稳定性等级

稳定性等级	定义		稳定性等级	定义
A类	非常不稳定		D类	中立的
B类	不稳定的		E类	稍微稳定
C类	稍不稳定		F类	稳定的

表2：确定Pasquill稳定性等级的气象条件

表面风速		日间入射太阳辐射			夜间云量
米/秒	英里/小时	强大	中等	轻微	> 50%	< 50%
< 2	< 5	A类	A–B	B类	E类	F类
2 – 3	5 – 7	A–B	B类	C类	E类	F类
3 – 5	7 – 11	B类	B–C类	C类	D类	E类
5 – 6	11 – 13	C类	C–D类	D类	D类	D类
> 6	> 13	C类	D类	D类	D类	D类
注：D级适用于多云的天空，无论白天还是晚上风速如何

美国境内场址的历史稳定性等级数据，称为稳定性阵列（STAR）数据，可从国家气候数据中心（NCDC）购买，该中心是国家海洋和大气管理局.

大气湍流分类的先进方法

许多更先进的空气污染扩散模型并没有使用定义六个Pasquill类别时常用的简单气象参数对大气湍流进行分类，如表2所示。更高级的模型使用了某种形式的Monin-Obukhov相似理论。

例如，美国环境保护署最先进的模型AERMOD，不再使用Pasquill稳定度分类大气湍流。相反，它使用表面粗糙度长度和Monin-Obukhov长度。

作为另一个示例大不列颠联合王国最先进的型号，ADMS公司,使用Monin-Obukhov长度边界层高度和风速对大气湍流进行分类。

AERMOD、ADMS和其他先进的空气污染扩散模型中使用的湍流分类方法的数学公式的详细解释非常复杂，超出了本文的范围。更详细的解释可以在互联网上找到。

其他杂项术语

• 建筑效果或下洗：当空气污染羽流流过附近的建筑物或其他构筑物时，在建筑物的下风侧形成湍流涡流。这些漩涡会导致附近建筑物或构筑物高度约为五倍的烟囱源产生的羽流被强制降到地面的速度比没有建筑物或构筑体时要快得多。这种影响会大大增加建筑物或构筑物下游近地面污染物的浓度。如果羽流中的污染物因与地面接触而耗尽（例如颗粒物），则建筑物或构筑物下游的浓度增加将进一步降低下游的浓度。

• 沉积下垫面的污染羽流成分可以定义为干沉积或湿沉积：
  • 干沉积是指通过吸收等转移过程与地表或植被（甚至水面）接触，从污染羽流中清除气体或颗粒物质万有引力的沉积作用。这可以通过沉积速度，这与下垫面的转移阻力有关。
  • 湿沉降是通过雨水的作用去除污染羽流成分。降雨导致放射性核素在污染羽流中的湿沉降通常形成所谓的热点下表面的放射性。

• 反转层：通常地球地球表面比其上方的空气更热，因为太阳辐射使地球表面变暖，从而使其正上方的大气层变暖，因此大气从下方加热。因此，大气温度通常随高度增加而降低。然而，在某些气象条件下，可能会形成大气层，其中温度随海拔升高而升高。这些层称为反转层。当这种层在地球表面形成时，称为地表反演当逆温层在地球上方某一距离形成时，称为逆温层高空倒置（有时称为覆盖反转). 高空翻转中的空气非常稳定，几乎没有垂直运动。逆温区内任何上升的空气团都会很快膨胀，从而绝热冷却至低于周围空气的温度，而该团则会停止上升。任何下沉的包裹很快就会绝热压缩到高于周围空气的温度，包裹就会停止下沉。因此，任何进入高空逆温的空气污染羽流都将经历很少的垂直混合，除非它有足够的动量完全通过高空逆温。这就是为什么高空倒转有时被称为封顶倒转的原因之一。

• 混合高度：当高空形成逆温时，地球表面和高空逆温底部之间的大气层被称为混合层地球表面和高空倒转底部之间的距离被称为混合高度。任何在逆温层下方扩散的空气污染羽流，其垂直混合将限于逆温层底部下方的垂直混合（有时称为盖子). 即使污染羽流穿透逆温层，也不会发生任何进一步的显著垂直混合。对于完全通过高空逆温层的污染羽流，除非污染羽流的源烟囱很高，逆温盖很低，否则这种情况很少发生。

进一步阅读

对于那些想更多了解这个主题的人，建议阅读以下书籍之一：

• Turner，D.B.（1994）。大气扩散估算手册，第2版。CRC出版社。国际标准书号1-56670-023-X.  网址：www.crcpress.com

• Beychok，Milton R.（2005年）。烟道气扩散基础，第4版。作者发布。国际标准图书编号0-9644588-0-2. 

• Schnelle，Jr.、Karl B.和Dey，Partha R.（2000）。大气扩散建模符合性指南麦格劳-希尔。国际标准书号0-07-058059-6. 

全球范围内开发的弥散模型汇编可在空气污染扩散模型.